PL219501B1

PL219501B1 - Process for forming a blank closed heat sink

Info

Publication number: PL219501B1
Application number: PL405922A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Gontarz; Anna Dziubińska
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-29
Also published as: PL405922A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania w wykroju zamkniętym radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej.The subject of the invention is a method of shaping a heat sink in a closed blank, in particular by hot forging in a three-slide forging press.

Istnieje wiele znanych i stosowanych metod wytwarzania radiatorów między innymi przez wyciskanie, wytłaczanie, prasowanie, odlewanie, spajanie, składanie lub obróbkę skrawaniem.There are many known and used methods of producing heat sinks, including extrusion, stamping, pressing, casting, bonding, folding or machining.

Do kształtowania plastycznego radiatorów wykorzystuje się wytłaczanie oraz wyciskanie przedstawione w literaturze specjalistycznej przez S. Lee „How to select a heat sink” Electronics Cooling, nr 1, 1995 r. Radiatory wytłaczane otrzymywane są poprzez tłoczenie w pasku głęboko tłocznej blachy. Technologią wyciskania kształtuje się plastycznie profile na radiatory. Radiator otrzymuje się przez pocięcie wyciskanego profilu na dany wymiar, a następnie wykonuje się w nim otwory gładkie lub gwintowane do przyłączenia elementów elektroniki.For plastic shaping of heat sinks, extrusion and extrusion are used, presented in specialist literature by S. Lee "How to select a heat sink" Electronics Cooling, No. 1, 1995. Extruded heat sinks are obtained by pressing in a deep-drawing sheet metal strip. The extrusion technology forms plastic profiles for heat sinks. The heat sink is obtained by cutting the extruded profile to a given size, and then smooth or threaded holes are made in it to connect electronic elements.

Do wytwarzania radiatorów stosuje się również prasowanie opisane przez E. Raj „Jednofazowe systemy chłodzenia cieczowego do zastosowań w elektronice”. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, nr 75, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2012 r. Radiatory wykonywane są z ponacinanej i odpowiednio ukształtowanej blaszki. Ukształtowane radiatory w postaci wyprasek wykorzystywane są na elementy małej mocy.For the production of heat sinks, also the pressing described by E. Raj "Single-phase liquid cooling systems for applications in electronics" is used. Scientific Papers of the Maritime University of Gdynia, No. 75, Publishing House of the Maritime University of Gdynia, Gdynia 2012. Radiators are made of notched and appropriately shaped plate. Shaped heat sinks in the form of moldings are used for low-power elements.

Inną metodę wytwarzania radiatorów opisano w patencie amerykańskim nr 006564458B1, która bazuje na technikach spajania. Podany w patencie sposób polega na łączeniu poprzez lutowanie w niskiej temperaturze części radiatora, to jest żeber do podstawy o przekroju prostokątnym. Technologia ta charakteryzuje się niskimi kosztami wytwarzania oraz zapobiega termicznemu odkształceniu żebra poprzez realizację lutowania w niskiej temperaturze.Another method of producing heat sinks is described in US Patent No. 006564458B1, which is based on bonding techniques. The method described in the patent consists in joining by low-temperature soldering of a part of the heat sink, i.e. the ribs, to a base with a rectangular cross-section. This technology is characterized by low production costs and prevents thermal deformation of the rib by carrying out low temperature soldering.

Przy wytwarzaniu radiatorów stosowana jest technologia spajania oraz metoda obróbki skrawaniem, które opisano w pracy M. Kowalik, T. Trzepieciński „Badanie wpływu parametrów zaprasowania na jakość połączenia aluminiowej płyty radiatora z żebrami”. Rudy Metale nr 6, Wydawnictwo SIGMA-NOT, Warszawa 2010 r. Sposób spajania radiatorów polega na połączeniu żeber z płytą metodą klejenia termoprzewodzącym środkiem na bazie proszków srebra. Do łączenia żeber do podstawy stosowane są kleje bazujące na żywicach epoksydowych. Obróbka skrawaniem radiatorów polega na nadaniu powierzchniom żądanego kształtu, wymiarów oraz jakości powierzchni poprzez usuwanie materiału z wsadu w postaci prostopadłościanu przy użyciu narzędzi skrawających. Jest to przede wszystkim frezowanie kanałów pomiędzy żebrami.In the production of heat sinks, the bonding technology and the machining method are used, which are described in the work of M. Kowalik, T. Trzepieciński "Investigation of the influence of pressing parameters on the quality of connection of an aluminum heat sink plate with ribs". Rudy Metale No. 6, SIGMA-NOT Publishing House, Warsaw 2010. The method of bonding heat sinks consists in joining the ribs with the plate by gluing with a thermally conductive agent based on silver powders. Epoxy-based adhesives are used to connect the ribs to the base. Machining of heat sinks consists in giving the surfaces the desired shape, dimensions and surface quality by removing material from the charge in the form of a cuboid with the use of cutting tools. It is primarily the milling of channels between the ribs.

Do sposobów wytwarzania radiatorów należy również składanie. Tego typu rozwiązania wykonywane są z płyt, w których frezowane są kanały do osadzenia żeber w postaci blaszek. Przykładowy sposób montażu tego typu systemów chłodzenia przedstawiono w patencie amerykańskim nr20120227952A1.The methods of producing heat sinks also include folding. Solutions of this type are made of boards in which the channels are milled to embed the ribs in the form of plates. An example of how to assemble this type of cooling systems is shown in US Patent No. 20120227952A1.

Znany jest również sposób wytwarzania radiatorów polegający na metodzie odlewania przedstawiony w opracowaniu T. Fuxiang, W. Mingrong „Design of die casting die for radiator component”, Journal of Special Casting & Nonferrous Alloys, Chiny 2004 r. Odlana konstrukcja radiatora o gęstym upakowaniu żeber o kształcie szpilkowym umożliwia uzyskanie bardzo dobrych parametrów termicznych przy chłodzeniu uderzeniowym.There is also a method of producing heat sinks based on the casting method presented in the study of T. Fuxiang, W. Mingrong "Design of die casting die for radiator component", Journal of Special Casting & Nonferrous Alloys, China 2004. Die-cast heat sink design with densely packed fins with a spike shape, it enables very good thermal parameters to be achieved with impact cooling.

Istotą sposobu kształtowania w wykroju zamkniętym radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej jest to, że półfabrykat w kształcie płyty nagrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco, a następnie nagrzany półfabrykat umieszcza się w wykroju zamkniętym, który utworzony jest przez płytę dolną matrycę stałą, stempel boczny i dwie listwy oporowe, po czym wprawia się stempel boczny z wgłębieniem o zarysie półokrągłym w części kształtującej w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku matrycy stałej i spęcza się odcinek półfabrykatu i kształtuje się żebro w przestrzeni ograniczonej czołowymi powierzchniami matrycy stałej oraz stempla bocznego, następnie wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem stempel boczny, następnie wyjmuje się półfabrykat z wykroju i dogrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco, po czym powtórnie umieszcza się ukształtowany półfabrykat z jednym żebrem w wykroju zamkniętym oraz umieszcza się bloczek uzupełniający na płycie dolnej pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem i stemplem bocznym, z kolei przy bocznej ścianie ukształtowanego żebra wstawia się przekładkę, po czym przemieszcza się stempel górny ze stałą prędkością w kierunku płyty dolnej i dociska się przekładkę do półfabrykatu, następnie wprawia się stempel boczny w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku matrycy stałej i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu i kształtuje się drugie żebro, następnie wycofuje się z ukształtowaPL 219 501 B1 nego półfabrykatu stempel górny i stempel boczny, po czym wyjmuje się półfabrykat z dwoma żebrami wraz z przekładką z wykroju i dogrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco, następnie ponownie umieszcza się nagrzany półfabrykat w przestrzeni roboczej oraz umieszcza się dwa bloczki uzupełniające pomiędzy półfabrykatem i stemplem bocznym, następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego drugiego żebra wstawia się kolejną przekładkę, po czym przemieszcza się stempel górny ruchem postępowym ze stałą prędkością w kierunku płyty dolne i dociska się przekładki do półfabrykatu, następnie wprawia się stempel boczny w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku matrycy stałej i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu i kształtuje się trzecie żebro, przy czym kolejne żebra radiatora kształtuje się poprzez wykonywanie czynności jak przy kształtowaniu trzeciego żebra. Przy bocznych ścianach ukształtowanych żeber umieszcza się przekładki. Kształtuje się radiator z żebrami o zarysie półokrągłym.The essence of the method of shaping a heat sink in a closed blank, especially by hot forging in a three-slider forging press, is that the plate-shaped blank is heated in the furnace to the hot forging temperature, and then the heated blank is placed in a closed blank, which is formed by a plate a lower fixed die, a side punch and two stop bars, then a side punch with a semi-circular shape in the shaping part is set in translational motion at a constant speed towards the fixed die and the blank section is compressed and a rib is formed in the space limited by the front surfaces of the die and a side stamp, then the side stamp is withdrawn from the shaped blank with one rib, then the blank is taken out of the blank and heated to the hot forging temperature in the furnace, then the shaped blank with one rib is re-placed in a closed blank and placed complete block on the bottom plate between the shaped blank and the side punch, while at the side wall of the shaped rib, a spacer is inserted, then the upper punch is moved at a constant speed towards the bottom plate and the spacer is pressed against the blank, then the side stamp is set in a translational movement with a constant speed towards the fixed die and another section of the blank is compressed and the second rib is formed, then the upper punch and the side punch are retracted from the shaped blank, then the blank with two ribs with the spacer is removed from the blank and reheated in the furnace to the hot forging temperature, then the heated blank is re-placed in the working space and two supplementary blocks are placed between the blank and the side punch, then another spacer is inserted at the side wall of the formed second rib, and then the upper punch is moved forward m at a constant speed towards the bottom plates and the spacers are pressed against the blank, then the side punch is moved in a translational motion at a constant speed towards the fixed die and another section of the blank is compressed and a third rib is formed, with the successive ribs of the radiator being formed by Performing activities as for shaping the third rib. Spacers are placed at the side walls of the shaped ribs. A heat sink with semi-circular ribs is formed.

Korzystnym skutkiem sposobu według wynalazku jest to, że umożliwia znaczne oszczędności materiałowe w stosunku do radiatorów uzyskiwanych metodą obróbki skrawaniem. Kolejną zaletą wynalazku jest uniwersalność metody, która może być stosowana do kształtowania radiatorów z różnych materiałów używanych w obróbce plastycznej. Sposób kształtowania plastycznego radiatorów metodą kucia pozwala uzyskać wyroby z żebrami o zarysie półokrągłym. Pozytywnym skutkiem wynalazku jest fakt, iż ukształtowany radiator technologią obróbki plastycznej na gorąco posiada dobre własności mechaniczne i użytkowe zdeterminowane korzystną strukturą.The method according to the invention has the advantageous effect that it enables considerable material savings compared to machining heat sinks. Another advantage of the invention is the versatility of the method that can be used to shape heat sinks from various materials used in plastic working. The method of plastic shaping of heat sinks by forging allows to obtain products with semi-circular ribs. A positive effect of the invention is the fact that a radiator shaped by hot forming technology has good mechanical and functional properties determined by a favorable structure.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój izometryczny narzędzi oraz półfabrykatu w początkowym etapie procesu kształtowania pierwszego żebra, fig. 1a - widok izometryczny użytego półfabrykatu, fig. 2 - przekrój izometryczny narzędzi i ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem po pierwszej operacji, fig. 2a - widok izometryczny ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem, fig. 3 - przekrój izometryczny początkowego etapu kucia półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 4 - przekrój izometryczny końcowego etapu kucia półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 4a - widok izometryczny ukształtowanego półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 5 - przekrój izometryczny początkowego etapu kucia półfabrykatu z trzema żebrami, fig. 6 - przekrój izometryczny końcowego etapu kucia radiatora, fig. 6a - widok izometryczny ukształtowanego radiatora.The invention has been presented in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows an isometric section of tools and a blank at the initial stage of the shaping process of the first rib, fig. 1a - isometric view of the blank used, fig. 2 - isometric section of tools and a shaped blank with one rib after the first operation, fig. 2a - isometric view of a shaped blank with one rib, fig. 3 - isometric section of the initial stage of forging a blank with two ribs, fig. 4 - isometric section of the final stage of forging a blank with two ribs, fig. 4a - isometric view Fig. 5 - isometric section of the initial stage of forging a blank with three ribs, Fig. 6 - isometric section of the final stage of forging a radiator, Fig. 6a - isometric view of a shaped radiator.

Sposób kształtowania w wykroju zamkniętym radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej w przykładzie wykonania dla stopu aluminium polega na tym, że półfabrykat 1 w kształcie płyty nagrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco wynoszącej dla stopu aluminium PA11 480°C. Następnie nagrzany półfabrykat 1 umieszcza się w wykroju zamkniętym, który utworzony jest przez płytę 2 dolną, matrycę 3 stałą, stempel 4 boczny i dwie listwy 5 oporowe. Po czym wprawia się stempel 4 boczny z wgłębieniem o zarysie półokrągłym w części kształtującej w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku matrycy 3 stałej i spęcza się odcinek półfabrykatu 1 i kształtuje się żebro w przestrzeni ograniczonej czołowymi powierzchniami matrycy 3 stałej oraz stempla 4 bocznego. Następnie wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu 6 z jednym żebrem stempel 4 boczny. Następnie wyjmuje się półfabrykat 6 z wykroju i dogrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco wynoszącej dla stopu aluminium PA11 480°C. Po czym powtórnie umieszcza się ukształtowany półfabrykat 6 z jednym żebrem w wykroju zamkniętym oraz umieszcza się bloczek 7a uzupełniający na płycie 2 dolnej pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem 6 i stemplem 4 bocznym. Z kolei przy bocznej ścianie ukształtowanego żebra wstawia się przekładkę 9a. Po czym przemieszcza się stempel 8 górny ze stałą prędkością V₂, która wynosi 6 mm/s w kierunku płyty 2 dolnej i dociska się przekładkę 9a do półfabrykatu. Następnie wprawia się stempel 4 boczny w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku matrycy 3 stałej i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu 6 i kształtuje się drugie żebro. Następnie wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu 10 stempel 8 górny i stempel 4 boczny. Po czym wyjmuje się półfabrykat 10 z dwoma żebrami wraz z przekładką 9a z wykroju i dogrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco wynoszącej dla stopu aluminium PA11 480°C. Następnie ponownie umieszcza się nagrzany półfabrykat 10 w przestrzeni roboczej oraz umieszcza się dwa bloczki 7a i 7b uzupełniające pomiędzy półfabrykatem 10 i stemplem 4 bocznym. Następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego drugiego żebra wstawia się kolejną przekładkę 9b. Po czym przemieszcza się stempel 8 górny ruchem postępowym ze stałą prędkością V₂, która wynosi 6 mm/s w kierunku płyty 2 dolnej i dociska się przekładki 9a i 9b do półfabrykatu 10. Następnie wprawia się stempel 4 boczny w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku matrycy 3 stałej i spęcza się kolejny odcinek pół4The method of shaping a heat sink in a closed blank, especially by hot forging in a three-slide forging press in the embodiment for aluminum alloy, consists in heating the plate-shaped blank 1 in a furnace to the hot forging temperature of 480 ° C for the PA11 aluminum alloy. Then, the heated blank 1 is placed in a closed blank, which is formed by a bottom plate 2, a fixed die 3, a side punch 4 and two stop bars. Then the side punch 4 with a semicircular recess in the shaping part is set into translational motion at a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed die 3, and the blank section 1 is compressed and the rib is formed in the space delimited by the front surfaces of the die 3 fixed and 4 side stamp. The side punch 4 is then withdrawn from the shaped blank 6 with one rib. Next, the blank 6 is taken out of the blank and heated in a furnace to the hot forging temperature of 480 ° C for the PA11 aluminum alloy. The shaped blank 6 with one rib is then placed in the closed blank again and the supplementary block 7a is placed on the bottom plate 2 between the shaped blank 6 and the side punch 4. The spacer 9a is then inserted at the side wall of the shaped rib. The upper punch 8 then moves at a constant speed V ₂ , which is 6 mm / s, towards the lower plate 2, and the spacer 9a is pressed against the blank. The lateral punch 4 is then moved with a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed die 3, and another section of blank 6 is compressed and a second rib is formed. The upper punch 8 and the side punch 4 are then withdrawn from the shaped blank 10. Then the blank 10 with two ribs with the spacer 9a is removed from the blank and heated in a furnace to the hot forging temperature of 480 ° C for the PA11 aluminum alloy. The heated blank 10 is then placed back into the work space and two supplementary blocks 7a and 7b are placed between the blank 10 and the side punch 4. Another spacer 9b is then inserted at the side wall of the formed second rib. Then the upper punch 8 is moved with translational movement at a constant speed V ₂ , which is 6 mm / s towards the bottom plate 2, and the spacers 9a and 9b are pressed against the blank 10. Then the side punch 4 is moved in translation at a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed die 3 and compresses another section of half 4

PL 219 501 B1 fabrykatu 10 i kształtuje się trzecie żebro. Przy czym kolejne żebra radiatora 11 kształtuje się poprzez wykonywanie czynności jak przy kształtowaniu trzeciego żebra. Przy bocznych ścianach ukształtowanych żeber umieszcza się przekładki 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f. Kształtuje się radiator 11 z żebrami o zarysie półokrągłym.From fabric 10 and a third rib is formed. The successive ribs of the heat sink 11 are formed by carrying out the steps of forming the third rib. Spacers 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f are placed at the side walls of the shaped ribs. A heat sink 11 with ribs of a semicircular shape is formed.

Claims

1. Method of shaping a heat sink in a closed blank, especially by hot forging in a three-slide forging press, characterized in that the plate-shaped blank (1) is heated in a furnace to the hot forging temperature, and then the heated blank (1) is placed in a closed blank, which is formed by the bottom plate (2), a fixed die, a side punch (4) and two stop bars (5), then a side punch (4) with a semi-circular recess is inserted in the part shaping it into translational motion with constant speed (V1) in the direction of the fixed die (3) and the section of the blank (1) is compressed and the rib is shaped in the space limited by the front surfaces of the fixed die (3) and the side punch (4), then it retracts from the shaped blank (6) with one rib, side punch (4), then the blank (6) is taken out of the blank and heated in the furnace to the hot forging temperature, then the shaped blank (6) is placed again with one with a rib in a closed blank and a supplementary block (7a) is placed on the bottom plate (2) between the shaped blank (6) and the side punch (4), and a spacer (9a) is inserted at the side wall of the shaped rib, and then it is moved upper punch (8) with a constant speed (V ₂ ) towards the lower plate (2) and pressing the spacer (9a) against the blank (6), then the side punch (4) is set in translational motion at a constant speed (V ₁ ) towards the fixed die (3) and another section of the blank (6) is compressed and the second rib is formed, then the upper punch (8) and the side punch (4) are retracted from the shaped blank (10), then the blank (10) is removed ) with two ribs with a spacer (9a) from the blank and heated in the furnace to the hot forging temperature, then the heated blank (10) is re-placed in the working space and two supplementary blocks (7a) and (7b) are placed between the blank (10) and stamp by the side (4), then at the side wall of the formed second rib, another spacer (9b) is inserted, then the upper punch (8) moves with a constant velocity (V ₂ ) towards the lower plate (2) and the spacers are pressed (9a) and (9b) to the blank (10), then the side punch (4) is set in translational motion at a constant speed (V1) towards the fixed die (3) and another section of the blank (10) is compressed and the third section is formed a rib, the successive ribs of the heat sink (11) being formed by carrying out the steps of shaping the third rib.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that spacers (9a), (9b), (9c), (9d), (9e), (9f) are provided at the side walls of the shaped ribs.

3. The method according to p. 1 and 2, characterized in that the radiator (11) is formed with ribs with